진동기초 예비설계를 하기 위해 고려해야할 사항이 있습니다. 예비설계 없이 바로 설계한다? 설계는 시작, 전제조건, 가정이 정말 중요합니다. 진동기초 예비설계사항들은 전문 기술자들이 다수의 진동기계기초를 설계하여 내놓은 결과물입니다. 모두 따라야하는 것은 아니지만, 모두 고려해야할 사항은 맞습니다. 진동설비기초에 문제 없이 설계하기 위한 첫걸음이라고 보시면 되겠습니다. 구조물기초기준을 이해하기 쉽게 정리했으니 참고하시기 바랍니다.
< 목차 >
- 진동기초 분류
- 블록기초
- 케이슨기초
- 뼈대기초
- 진동기초 예비설계 (15가지 고려사항)
- 블록기초
- 케이슨기초
- 뼈대기초
진동기초 분류
진동기계기초 설계할 때, 먼저 기초 타입을 선정하는 것이 좋습니다. 기초 타입으로는 mass 콘크리트로 전체가 이뤄진 블록 타입, 기초 내부가 빈 공간으로 이뤄진 케이슨 타입, 그리고 라멘 구조로 형성된 뼈대 타입으로 크게 구분할 수 있습니다.
직접 기초 또는 깊은 기초(파일)를 구분하는 방법은 진동에 대한 영향도 있지만, 주로 정하중 조건에서 지반 또는 파일 지내력으로 판단합니다. 그러나, 직접기초인지 파일 기초인지에 따라서 동해석 결과는 달라질 수 있습니다. 파일 기초인 경우, 파일 위치 또는 개수에 따라 동해석 결과에 차이는 있으니 신중히 고려해야 합니다.
아래 진동 기초 타입별 기초에 대해 설명하였으니 참고하시기 바랍니다.
블록 기초
블록 기초는 massive concrete 로 구성된 기초입니다. 그래서 진동하는 기계 설비 대비 콘크리트 자중이 훨씬 크게 되는 구조물이 되는 겁니다. 상대적으로 질량이 큰 구조물은 상대적으로 작은 고유진동수를 갖게 됩니다. 특히, 높은 진동수를 갖고 있는 기계 기초와 공진을 피하기 좋은 장점이 있습니다. 단, 콘크리트 자중에 큼에 따라 기초 지내력 및 파일 허용지지력에 유의해야할 필요가 있겠습니다.
케이슨 기초
케이슨 기초는 속이 빈 상자 기초라고도 불리는데요, 기계진동수가 충분히 높아 콘크리트 구조물 고유진동수가 조금 올라가도 공진을 피할 수 있을때 적용이 가능합니다. 내부가 비어있으니, 기초 자중을 감소시킬 수 있는 장점은 있습니다.
단, 저진동수를 갖고 있는 기계일 경우 공진 회피가 쉽지 않을 수 있습니다. 그런 경우, 기초 매트, 벽체, 상부 슬래브의 두께를 조절하여 해결할 수도 있겠습니다.
뼈대 기초
뼈대 기초는 상부 슬래브, 기둥, 기초 매트로 구성된 형식입니다. 이 경우, 케이슨 기초보다도 더 높은 고유진동수를 갖게 됩니다. 고속형 기계에 적합한 설계 방식으로 내부 공간이 많이 때문에 설비 위치 선정 및 공간 활용에 적합한 기초 형식이긴 합니다. 단, 상부 진동 하중이 클 경우, 진동 해석 뿐 아니라 피로 해석도 함께 필요하다는 점은 유의해야 합니다.
진동 설비 기초로 크게 세가지로 구분해서 설명드렸습니다. 아래에서는 진동기초를 설계할 때, 먼저 고려해야할 사항들에 대해 정리해보겠습니다. 상세 설계에 들어가기 앞서 이뤄지는 설계는 예비 설계라고 합니다. 예비 설계를 통해 설계적으로 큰 가닥을 잡고 간다고 보면 되겠습니다.
진동기초 예비설계
진동 기초 예비설계도 위와 마찬가지로 기초 유형별로 정리했습니다. 예비설계법을 기초 유형별로 정리했습니다. 관련사항을 묶어서 정리했기 때문에, 이해하는데 도움이 되실겁니다. 진동기초 상세설계방법은 지난번에 포스팅했는데요, 아래 버튼 참고해주시기 바랍니다.
블록 직접기초
① 기초 질량비
기계 대비 블록 기초 질량비는 회전형 기계의 경우 2~3배, 왕복형 기계의 경우 3~5배로 구성해야 합니다. 단, 충격형 기계 기초일 경우, 타격해머의 60~120배 질량을 갖는 기초로 설계합니다.
② 기초 최소 두께
진동기초는 강성(rigid type) 기초를 전제하며, 이를 위해 기초 최소 두께는 600mm 이상, 기초 최소변 길이의 1/5 이상 그리고 최장변 길이의 1/10 이상어야 합니다. 단, 충격형 기초일 경우, 최소 기초 두께는 가벼운 해머의 경우 1.0m 이상, 중규모 해머일 경우 2.5m 이상으로 설정합니다.
③ 기초 최소 폭
기초 최소 폭은 기계 받침으로부터 축까지 높이의 1.0~1.5배 이상어야 합니다. 또한, 기계 받침 끝에서 기초 끝단까지 거리를 여유 길이라고 한다면, 이 여유 길이는 150mm 이상 확보해야 합니다. 단, 설비 유지 관리 목적을 위해 여유 길이는 300mm 이상 갖는 것을 권장합니다.
④ 기초 무게 중심
진동 기계와 블록 기초 무게 중심 축은 일치하도록 합니다. 또한 기계와 기초의 전체 무게중심이 지반을 지지하는 중심과 일치하도록 합니다.
기초 무게 중심은 낮은 것이 좋으며, 기계와 기초의 전체 무게 중심은 기초 top 레벨보다 낮아야 합니다.
⑤ 기초 지반 사항
지반 내 기초 매입깊이는 전체 기초 깊이의 50~80%로 설정하는 것이 좋습니다. 이는 지반에 의한 횡방향 지지 및 감쇠효과를 증가시키는데 유리하기 때문입니다.
기초 바닥은 지하수위 보다 높아야 합니다.
직접 기초이므로 연약지반 위에 기초를 형성하는 것은 피해야 합니다. 필요 시, 말뚝 기초를 검토해야 합니다.
블록 깊은기초
① 기초 질량비
진동 기계 질량 대비 깊은 기초 질량은 회전형 기계의 경우 1.5~2.5배, 왕복형 기계의 경우 2.4~4배를 가져야 합니다.
② 기초 최소 두께, 폭, 길이
깊은 기초 최소 두께, 폭, 길이에 대한 사항은 블록 직접기초와 동일합니다.
③ 기초 무게 중심
기계와 기초 무게중심은 전체 말뚝 지지 중심과 일치해야 합니다.
④ 기초 말뚝
기초와 말뚝 두부 연결은 강결합, 힌지 결합 등 정해석 결과와 동일하게 수행합니다.
기계 하중에 의한 횡하중이 크게 발생하는 경우, 경사말뚝을 선택할 수 있습니다.
뼈대형 기초
① 기초 무게 중심
기계 무게 중심과 기초 무게 중심은 일치하여야 합니다. 만약, 기계와 기초의 전체 무게 중심이 기초 지지 중심과 일치하지 않을 경우, 편심을 최소화해야 합니다. 편심은 3% 이내로 만족해야 합니다.
기둥 지지 중심은 상부 슬래브와 진동 기계 설비 하중을 합한 무게 중심과 일치하도록 합니다.
② 기초 매트 설계
기초 두께는 평균 순경간 L을 기준으로 0.07 L4/3 이상으로 선정해야 합니다. 또한 최소 두께는 1m 이상을 권장합니다.
③ 기초 기둥 설계
뼈대형 기초의 기둥은 높이에 대한 폭의 비율이 2~10 범위에 들도록 구성합니다.
기둥 배치는 기둥의 축방향 응력에 차이가 없도록 크기 및 배치를 선정해야 합니다. 다시 말해, 반드시 대칭할 필요는 없으나 기둥 내 발생하는 응력에 차이를 최소화하도록 설계합니다. (단, 기둥 최대 간격은 3.6m 이내가 되도록 합니다)
기둥 응력은 연직 하중 대비 6배 이상되도록 합니다. 즉, 충분한 내력을 갖도록 기둥을 설계합니다.
상부 beam, slab와 연결되는 column 사이에는 헌치를 두어 응력집중을 최소화하도록 합니다.
④ 기초 보 설계
상부 보(beam)은 캔틸레버가 생기지 않도록 설계합니다.
상부 보 두께는 보 순경간의 1/4~1/3 이내에 들도록 합니다.
상부 보 처짐은 정하중 해석 결과에 의한 처짐은 0.5mm 이내가 되도록 합니다.
⑤ 기초 상부 슬래브 설계
상부 슬래브의 두께는 0.6~1.5m 이내를 만족하도록 합니다. 이는 슬래브 연성 조건을 rigid로 두기 위함입니다.
⑥ 기초 질량비
상부 슬래브, 기둥 등 하부 기초를 제외한 콘크리트 중량은 기계 질량보다 커야 합니다.
이상으로 기계진동기초 예비설계에 대해 알아봤습니다. 예비설계를 미리 고려하여, 상세설계에 다시 돌아가는 우를 범하지 않기를 바랍니다. 진동 기초는 시공 이후, 진동에 의한 문제 발생시 원인을 찾기 쉽지 않습니다. 이에 예비설계를 고려하는 것을 추천드립니다.